5-芯片规划与设计(3学时).ppt

1、1 SoC芯片规划与设计芯片规划与设计 2 Review 时钟的非理想化 时钟偏差 时钟抖动 最常用的时钟分布技术 H树形时钟分布 同步电路和异步电路 3 累计流片累计流片2020余余 次次1010多种多种SoCSoC芯芯 片片 65nm65nm，千万门，千万门 级设计经验级设计经验 几款几款SoCSoC芯片的版图芯片的版图 SEP0718 65nm TSMC 4 Samsung 6410 4 5 Samsung S5PV210 5 6 Telechips 8900 6 7 SEP0718 DDR2 NOR/SRAM/ SDRAM NAND VIC PMU RTC TIMER DMAC ARM

2、11GPU LCDC I2S SPI SDIO UART I2C TOUCH PWM USB OTG GPIO HDMI CODEC 系统与时钟控制系统与时钟控制多媒体系统多媒体系统 外设与接口外设与接口 存储系统存储系统 GPSGPS系统系统 MULTI-LAYER BUS VPU 8 8 SEP0718结构图 DOWN SIZER LCDCVPU BUS1 - AHB64 DMAC1 ARM11 NOR/ SRAM NAND DOWN SIZER BUS3 - AHB32 DMAC2 SDIO (2) ESRAM (96kB) PWM RTCVICHDMI GPIO GPIO (AO) T

3、OUCH /ADC TIMER BUS5 - APB32 UART (4) SPI (3) I2C I2S HDMI LCDCI2S PHY GPS AUDIO CODEC GPU SYS CTRL AUDIO CODEC GPS CTRL BUS4 - APB32BUS2 - AHB32 DDR23 PHY USB DMA USB OTG PHY PMU 9 工作站工作站 1414 瘦客瘦客 户机户机 3030 SUNSUN 大型服务器大型服务器 HP serverHP server 2020 矢量信号源矢量信号源 可编程电源可编程电源 频谱分析仪频谱分析仪 网络分析仪网络分析仪 逻辑分析系

4、统逻辑分析系统 6GHZ6GHZ混合信号测试混合信号测试 深亚微米深亚微米EDAEDA软件软件 芯片设计环境芯片设计环境 10 SoC芯片的组成芯片的组成 SoC芯片应包括哪些模块？ 系统总线 嵌入式微处理器内核 存储器/存储器控制器 中断控制器 DMA控制器 锁相环 电源管理模块 定时器 RTC 通用GPIO 通信控制 11 芯片量产流程 芯片需求分析 芯片定义 模块划分 电路设计 验证 物理设计 流片 封装 ATE测试 板级模块测试 系统级测试 稳定性测试 产品样机 产品小批量 芯片量产 11 市场调研 产品定义 方案设计 芯片需求 12 视频数据采集视频数据采集SoC芯片的设计芯片的设计

5、 13 功能需求功能需求 用摄像头（如手机用的针孔摄像头）拍摄 视频，分辨率大约在320*240， 把视频数据流进行简单加密，然后把加密 后的视频数据流存放入microSD卡中。 用专用的PC机软件把microSD卡中的文件 进行解密解码后在PC机上播放出来。 要求可以配置每秒钟拍几帧图像，可配置 为1、2或3秒拍一张，最多配置为每秒拍 15张。 14 功能需求（续）功能需求（续） 根据用户提出的要求，研发包含两部分内 容， 一部分是芯片设计， 一部分是桌面视频播放软件设计。 15 功能需求（续）功能需求（续） 芯片设计功能芯片设计功能 可接驳标准的嵌入式CMOS Sensor摄像头 （标准手

6、机内嵌的摄像头模块）； 最大播放帧数 15帧/S ，用户可以通过桌面软 件配置播放帧数； 拍摄的视频图像以数据流形式直接存入SD卡 对视频数据流进行简单的加密 电池供电，片内集成1.8V LDO 低功耗，预计可支持不低于4个小时的视频采 集和存储 16 功能需求（续）功能需求（续） PC端桌面软件功能端桌面软件功能 PC端桌面软件可以通过串口对芯片进行配置 桌面软件可以读取SD卡内的视频图像，并解密解压 播放 17 需求分析（需求分析（1） 用摄像头拍摄视频 Camera接口模块 把摄像头传送来数据转换成为可通过总线读 取的信号 18 需求分析（需求分析（2） 把拍摄的视频数据流进行简单加密

7、加密 可把每个byte的数据进行1、3、5、7位取反 19 需求分析（需求分析（3） 把视频数据流存放入microSD卡中 SDIO控制器 负责控制SD卡的数据传送，把从总线上接收 的视频数据流传送到SD卡中 先发出初始化SD卡的命令，收到SD卡回复信 号后，开始按block往SD卡传送数据 20 需求分析（需求分析（4） 用专用的PC机软件把microSD卡中的文件 进行解密和编码后在PC机上播放出来。 PC端软件： 解密 编码成MPEG4并播放 21 需求分析（需求分析（5） 要求可以配置每秒钟拍几帧图像，可配置为1、2 或3秒拍一张，最多配置为每秒拍15张。 可通过串口配置 软件 PC端

8、有一个串口配置程序 SoC上的嵌入式软件收到UART中断后在中断服务程 序中可配置定时器。定时器中断发生后开始拍摄视频。 SoC UART、Timer 22 需求分析（需求分析（6） 尽量减少外接电路，上电后即从片上存储 器读出程序并执行。 在视频芯片中设计一个ROM，程序固化在 ROM中。 23 需求分析（需求分析（7） 低速运行，时钟频率为20MHz PLL或者RC振荡器 24 24 产品定义 监控产品 摄像头拍摄视频，麦克风录制声音 把视频进行编码，把声音进行压缩，减少数据量 编码、压缩后的数据存放在SD卡中 通过PC可从SD卡读取音视频数据，并进行回放 220V有源供电 具体参数 摄像

9、头像素，30万、1M、2M？接口？ 视频分辨率，CIF、VGA、D1、720p、1080p？ 视频帧率，15fps、30fps？ 视频压缩，MPEG2、H.264、MPEG4？ 音频采样率，8K、16K、44.1K、48K？ 音频精度，8bit、10bit、16bit、24bit？ 音频压缩，ADPCM、MP3？ SD存放数据时间长度，1小时、2小时、24小时？ 尺寸大小要求、功耗要求、成本、使用环境 25 产品指标 摄像头：100万300万像素，并行数据口 视频分辨率：D11080p 视频帧率：15fps 视频压缩格式：H.264 音频采样率：16KHz 音频精度：16位 音频压缩格式：8b

10、it ADPCM SD卡存储数据长度：24小时 26 26 方案设计 硬件方案 AC-DC 摄像头 麦克风 主芯片 其它配套硬件？ SD卡 PCB 外壳 软件方案 SD卡读写软件 音视频回放软件 SoC内部软件？ 27 芯片需求和定义 功能分析 录音 录视频 SD卡存储 芯片定义 ADC CAMERA I/F+ENCODER SD控制器 ADPCM压缩 Is this enough to start the chip design? 28 芯片定义 系统总线 AMBA AHB/APB/AXI 内核 ARM7/9/11 功耗管理 PMU 中断控制器 INTC 存储器 FLASH/RAM I2S/

11、AC97+AUDIO ADC DC-DC/LDO? 问题 摄像头如果配置？ SD卡容量是否够大？如果 不够怎么办？ 是否需要远程控制？ 功能模块如何互连？ 音质要求如何？ 芯片成本如何核算？ 芯片功耗要求？ 设计周期？ 设计投入？ 29 结构框图 ? 30 芯片设计框图芯片设计框图 G P I O INTC TIMER (4) PMC UART (2) SPI AHB ESRAM 64KB ACORE ROM 32KB DMA A P B 加密 PLL (RC) Camera SDIO 31 工作路线工作路线 0.13um SMIC 工艺 第一步，前仿真 第二步，FPGA功能验证 工作步骤 芯片定义和功耗评估、第三方IP评估，明确功能单 元设计划分 芯片功能设计 桌面软件设计 FPGA验证和芯片功能设计改进 评估流片计划